Ծակոտկեն սիլիցիում-ածխածնային կոմպոզիտային նյութերի պատրաստում և կատարողականի բարելավում

Լիթիում-իոնային մարտկոցները հիմնականում զարգանում են բարձր էներգիայի խտության ուղղությամբ: Սենյակային ջերմաստիճանում սիլիցիումի վրա հիմնված բացասական էլեկտրոդային նյութերը համաձուլվում են լիթիումի հետ՝ ստանալով լիթիումով հարուստ Li3.75Si փուլային արտադրանք, որի տեսակարար հզորությունը մինչև 3572 մԱժ/գ է, ինչը շատ ավելի բարձր է, քան գրաֆիտային բացասական էլեկտրոդի տեսական տեսակարար հզորությունը՝ 372 մԱժ/գ: Այնուամենայնիվ, սիլիցիումի վրա հիմնված բացասական էլեկտրոդային նյութերի կրկնակի լիցքավորման և լիցքաթափման գործընթացի ընթացքում Si-ի և Li3.75Si-ի փուլային փոխակերպումը կարող է առաջացնել ծավալային հսկայական ընդլայնում (մոտ 300%), ինչը կհանգեցնի էլեկտրոդային նյութերի կառուցվածքային փոշեպատմանը և SEI թաղանթի շարունակական առաջացմանը, և, վերջապես, կհանգեցնի հզորության արագ անկմանը: Արդյունաբերությունը հիմնականում բարելավում է սիլիցիումի վրա հիմնված բացասական էլեկտրոդային նյութերի աշխատանքը և սիլիցիումի վրա հիմնված մարտկոցների կայունությունը՝ նանոչափսերի, ածխածնային ծածկույթի, ծակոտիների ձևավորման և այլ տեխնոլոգիաների միջոցով:

Ածխածնային նյութերն ունեն լավ հաղորդունակություն, ցածր գին և լայն աղբյուրներ։ Դրանք կարող են բարելավել սիլիցիումային նյութերի հաղորդունակությունը և մակերեսային կայունությունը։ Դրանք նախընտրելիորեն օգտագործվում են որպես սիլիցիումային բացասական էլեկտրոդների կատարողականը բարելավող հավելանյութեր։ Սիլիցիում-ածխածնային նյութերը սիլիցիումային բացասական էլեկտրոդների զարգացման հիմնական ուղղությունն են։ Ածխածնային ծածկույթը կարող է բարելավել սիլիցիումային նյութերի մակերեսային կայունությունը, սակայն սիլիցիումի ծավալային ընդարձակումը կանխելու դրա ունակությունը ընդհանուր է և չի կարող լուծել սիլիցիումի ծավալային ընդարձակման խնդիրը։ Հետևաբար, սիլիցիումային նյութերի կայունությունը բարելավելու համար անհրաժեշտ է կառուցել ծակոտկեն կառուցվածքներ։ Գնդիկավոր մանրացումը նանոմատերիալներ պատրաստելու արդյունաբերական մեթոդ է։ Գնդիկավոր մանրացմամբ ստացված խառնուրդին կարող են ավելացվել տարբեր հավելանյութեր կամ նյութական բաղադրիչներ՝ համաձայն կոմպոզիտային նյութի նախագծային պահանջների։ Խառնուրդը հավասարաչափ ցրվում է տարբեր խառնուրդների միջով և չորացվում ցողացիրով։ Ակնթարթային չորացման գործընթացի ընթացքում խառնուրդի մեջ գտնվող նանոմասնիկները և այլ բաղադրիչները ինքնաբերաբար կձևավորեն ծակոտկեն կառուցվածքային բնութագրեր։ Այս հոդվածում օգտագործվում է արդյունաբերական և էկոլոգիապես մաքուր գնդիկավոր մանրացման և ցողացիրով չորացման տեխնոլոգիա՝ ծակոտկեն սիլիցիումային նյութեր պատրաստելու համար։

Սիլիցիումային նյութերի աշխատանքը կարող է բարելավվել նաև սիլիցիումային նանոմատերիալների ձևաբանության և բաշխման բնութագրերի կարգավորման միջոցով: Ներկայումս պատրաստվել են տարբեր ձևաբանություններով և բաշխման բնութագրերով սիլիցիումային նյութեր, ինչպիսիք են սիլիցիումային նանոձողերը, ծակոտկեն գրաֆիտով ներդրված նանոսիլիցիումը, ածխածնային գնդիկներում տարածված նանոսիլիցիումը, սիլիցիում/գրաֆենային զանգվածի ծակոտկեն կառուցվածքները և այլն: Նույն մասշտաբով, նանոմասնիկների համեմատ, նանոշերտերը կարող են ավելի լավ ճնշել ծավալի ընդարձակման հետևանքով առաջացած մանրացման խնդիրը, և նյութն ունի ավելի բարձր սեղմման խտություն: Նանոշերտերի անկանոն դասավորումը նույնպես կարող է առաջացնել ծակոտկեն կառուցվածք: Միացնել սիլիցիումային բացասական էլեկտրոդային փոխանակման խումբը: Ապահովել բուֆերային տարածք սիլիցիումային նյութերի ծավալի ընդարձակման համար: Ածխածնային նանոխողովակների (ԱՆԽ) ներմուծումը կարող է ոչ միայն բարելավել նյութի հաղորդունակությունը, այլև խթանել նյութի ծակոտկեն կառուցվածքների ձևավորումը՝ դրա միաչափ ձևաբանական բնութագրերի շնորհիվ: Սիլիցիումային նանոշերտերի և ԱՆԽ-ների կողմից կառուցված ծակոտկեն կառուցվածքների վերաբերյալ հաղորդագրություններ չկան: Այս հոդվածում կիրառվում են արդյունաբերորեն կիրառելի գնդիկավոր մանրացման, մանրացման և ցրման, ցողման չորացման, ածխածնային նախնական ծածկույթի և կալցինացման մեթոդները, և նախապատրաստման գործընթացում ներմուծվում են ծակոտկեն պրոմոտորներ՝ սիլիցիումային նանոշերտերի և CNT-ների ինքնահավաքման միջոցով ձևավորված ծակոտկեն սիլիցիումային հիմքով բացասական էլեկտրոդային նյութեր պատրաստելու համար: Պատրաստման գործընթացը պարզ է, էկոլոգիապես մաքուր, և թափոնային հեղուկ կամ թափոնային մնացորդ չի առաջանում: Սիլիցիումային հիմքով նյութերի ածխածնային ծածկույթի վերաբերյալ գրականության մեջ կան բազմաթիվ զեկույցներ, բայց ծածկույթի ազդեցության վերաբերյալ քիչ են խորը քննարկումները: Այս հոդվածում ասֆալտը օգտագործվում է որպես ածխածնի աղբյուր՝ երկու ածխածնային ծածկույթի մեթոդների՝ հեղուկ փուլային ծածկույթի և պինդ փուլային ծածկույթի, ազդեցությունը ծածկույթի ազդեցության և սիլիցիումային հիմքով բացասական էլեկտրոդային նյութերի արդյունավետության վրա ուսումնասիրելու համար:

1 փորձ

1.1 Նյութերի պատրաստում

Ծակոտկեն սիլիցիում-ածխածնային կոմպոզիտային նյութերի պատրաստումը հիմնականում ներառում է հինգ քայլ՝ գնդիկավոր մանրացում, մանրացում և ցրում, ցողիչ չորացում, ածխածնային նախնական ծածկույթ և ածխացում: Նախ, կշռվում է 500 գ սկզբնական սիլիցիումի փոշի (տեղական, 99.99% մաքրությամբ), ավելացվում է 2000 գ իզոպրոպանոլ և իրականացվում է թաց գնդիկավոր մանրացում 2000 պտ/րոպե գնդիկավոր մանրացման արագությամբ 24 ժամվա ընթացքում՝ նանոմասշտաբի սիլիցիումային խառնուրդ ստանալու համար: Ստացված սիլիցիումային խառնուրդը տեղափոխվում է դիսպերսիայի փոխանցման բաք, և նյութերը ավելացվում են սիլիցիումի. գրաֆիտի (արտադրված Շանհայում, մարտկոցային որակի), ածխածնային նանոխողովակների (արտադրված Տյանցզինում, մարտկոցային որակի), պոլիվինիլպիրոլիդոնի (արտադրված Տյանցզինում, վերլուծական որակի) զանգվածային հարաբերակցությանը համապատասխան՝ 40:60:1.5:2: Իզոպրոպանոլն օգտագործվում է պինդ նյութերի պարունակությունը կարգավորելու համար, և պինդ նյութերի պարունակությունը նախատեսված է 15%-ի համար: Մանրացումը և ցրումը կատարվում են 3500 պտ/րոպե ցրման արագությամբ 4 ժամվա ընթացքում: Համեմատվում է առանց CNT-ների ավելացման խառնուրդների մեկ այլ խումբ, և մյուս նյութերը նույնն են: Ստացված ցրված խառնուրդը այնուհետև տեղափոխվում է ցողացիրային չորացման սնուցման բաք, և ցողացիրային չորացումը կատարվում է ազոտով պաշտպանված մթնոլորտում, մուտքի և ելքի ջերմաստիճանները համապատասխանաբար 180 և 90 °C են: Այնուհետև համեմատվել են ածխածնային ծածկույթի երկու տեսակ՝ պինդ փուլային ծածկույթ և հեղուկ փուլային ծածկույթ: Պինդ փուլային ծածկույթի մեթոդը հետևյալն է. ցողացիրային չորացրած փոշին խառնվում է 20% ասֆալտի փոշու հետ (արտադրված Կորեայում, D50-ը 5 մկմ է), խառնվում է մեխանիկական խառնիչում 10 րոպե, և խառնման արագությունը 2000 պտ/րոպե է՝ նախապես պատված փոշի ստանալու համար: Հեղուկ փուլային ծածկույթի մեթոդը հետևյալն է. ցողացիրային չորացրած փոշին ավելացվում է քսիլոլի լուծույթին (արտադրված Տյանցզինում, անալիտիկ որակի), որը պարունակում է փոշու մեջ լուծված 20% ասֆալտ՝ 55% պինդ պարունակությամբ, և հավասարաչափ խառնվում է վակուումում: Թխել վակուումային վառարանում 85°C ջերմաստիճանում 4 ժամ, տեղադրել մեխանիկական խառնիչի մեջ խառնման համար, խառնման արագությունը 2000 պտ/րոպե է, իսկ խառնման ժամանակը 10 րոպե՝ նախապես պատված փոշի ստանալու համար: Վերջապես, նախապես պատված փոշին կալցինացվել է պտտվող վառարանում ազոտի մթնոլորտի տակ՝ 5°C/րոպե տաքացման արագությամբ: Այն սկզբում պահվել է 550°C հաստատուն ջերմաստիճանում 2 ժամ, այնուհետև շարունակվել է տաքացնել մինչև 800°C և պահվել հաստատուն ջերմաստիճանում 2 ժամ, ապա բնականաբար սառեցվել է մինչև 100°C-ից ցածր ջերմաստիճան և դուրս է մղվել՝ սիլիցիում-ածխածնային կոմպոզիտային նյութ ստանալու համար:

1.2 Բնութագրման մեթոդներ

Նյութի մասնիկների չափի բաշխումը վերլուծվել է մասնիկների չափի չափիչ սարքի միջոցով (Mastersizer 2000 տարբերակ, արտադրված Մեծ Բրիտանիայում): Յուրաքանչյուր քայլում ստացված փոշիները ստուգվել են սկանավորող էլեկտրոնային մանրադիտակով (Regulus8220, արտադրված Ճապոնիայում)՝ փոշիների ձևաբանությունն ու չափը ուսումնասիրելու համար: Նյութի փուլային կառուցվածքը վերլուծվել է ռենտգենյան փոշիի դիֆրակցիոն վերլուծիչի միջոցով (D8 ADVANCE, արտադրված Գերմանիայում), իսկ նյութի տարրական կազմը՝ էներգետիկ սպեկտրի վերլուծիչի միջոցով: Ստացված սիլիցիում-ածխածնային կոմպոզիտային նյութը օգտագործվել է CR2032 մոդելի կոճակային կիսաբջիջ պատրաստելու համար, և սիլիցիում-ածխածնի զանգվածային հարաբերակցությունը՝ SP: CNT: CMC: SBR կազմել է 92:2:2:1.5:2.5: Հակառակ էլեկտրոդը մետաղական լիթիումի թերթ է, էլեկտրոլիտը առևտրային էլեկտրոլիտ է (մոդել 1901, արտադրված Կորեայում), օգտագործվում է Celgard 2320 դիաֆրագմա, լիցքի և լիցքաթափման լարման միջակայքը 0.005-1.5 Վ է, լիցքի և լիցքաթափման հոսանքը՝ 0.1 C (1C = 1A), իսկ լիցքաթափման կտրման հոսանքը՝ 0.05 C։

Սիլիցիում-ածխածնային կոմպոզիտային նյութերի արդյունավետությունը հետագա ուսումնասիրելու համար պատրաստվել է 408595 շերտավորված փոքր փափուկ փաթեթով մարտկոց։ Դրական էլեկտրոդը պատրաստված է NCM811-ից (արտադրված Հունանում, մարտկոցի որակի), իսկ բացասական էլեկտրոդի գրաֆիտը լեգիրված է 8% սիլիցիում-ածխածնային նյութով։ Դրական էլեկտրոդի խառնուրդի բանաձևը կազմում է 96% NCM811, 1.2% պոլիվինիլիդենֆտորիդ (PVDF), 2% հաղորդիչ նյութ SP, 0.8% CNT, և NMP-ն օգտագործվում է որպես ցրող նյութ։ Բացասական էլեկտրոդի խառնուրդի բանաձևը կազմում է 96% կոմպոզիտային բացասական էլեկտրոդային նյութ, 1.3% CMC, 1.5% SBR, 1.2% CNT, և ջուրը օգտագործվում է որպես ցրող նյութ։ Խառնելուց, ծածկելուց, գլորելուց, կտրելուց, շերտավորելուց, թիթեղյա եռակցումից, փաթեթավորումից, թխելուց, հեղուկի ներարկումից, ձևավորումից և տարողության բաժանումից հետո պատրաստվել են 408595 շերտավորված փոքր փափուկ փաթեթով մարտկոցներ՝ 3 Ահմ նոմինալ տարողությամբ։ Փորձարկվել են 0.2C, 0.5C, 1C, 2C և 3C հոսանքի արագության ցուցանիշները, ինչպես նաև 0.5C լիցքավորման և 1C լիցքաթափման ցիկլային ցուցանիշները: Լիցքավորման և լիցքաթափման լարման միջակայքը կազմել է 2.8-4.2 Վ, հաստատուն հոսանք և հաստատուն լարում լիցքավորման դեպքում, իսկ անջատման հոսանքը՝ 0.5C:

2 Արդյունքներ և քննարկում

Սկզբնական սիլիցիումային փոշին դիտարկվել է սկանավորող էլեկտրոնային մանրադիտակով (SEM): Սիլիցիումային փոշին անկանոն հատիկավոր էր՝ 2 մկմ-ից պակաս մասնիկի չափսերով, ինչպես ցույց է տրված նկար 1(a)-ում: Գնդիկավոր մանրացումից հետո սիլիցիումային փոշու չափը զգալիորեն նվազել է մինչև մոտ 100 նմ [Նկար 1(b)]: Մասնիկների չափի թեստը ցույց է տվել, որ սիլիցիումային փոշու D50-ն գնդիկավոր մանրացումից հետո կազմել է 110 նմ, իսկ D90-ն՝ 175 նմ: Գնդիկավոր մանրացումից հետո սիլիցիումային փոշու ձևաբանության ուշադիր ուսումնասիրությունը ցույց է տալիս շերտավոր կառուցվածք (շերտավոր կառուցվածքի ձևավորումը հետագայում կհաստատվի լայնական հատույթի SEM-ից): Հետևաբար, մասնիկների չափի թեստից ստացված D90 տվյալները պետք է լինեն նանոշերտի երկարության չափը: SEM արդյունքների հետ միասին կարելի է դատել, որ ստացված նանոշերտի չափը փոքր է սիլիցիումային փոշու լիցքավորման և լիցքաթափման ընթացքում կոտրման 150 նմ կրիտիկական արժեքից առնվազն մեկ չափում: Թերթավոր ձևաբանության առաջացումը հիմնականում պայմանավորված է բյուրեղային սիլիցիումի բյուրեղային հարթությունների տարբեր դիսոցիացիայի էներգիաներով, որոնց մեջ սիլիցիումի {111} հարթությունն ունի ավելի ցածր դիսոցիացիայի էներգիա, քան {100} և {110} բյուրեղային հարթությունները: Հետևաբար, այս բյուրեղային հարթությունն ավելի հեշտությամբ նոսրացվում է գնդիկավոր մանրացմամբ և, վերջապես, ձևավորում է թեփավոր կառուցվածք: Թերթավոր կառուցվածքը նպաստում է ազատ կառուցվածքների կուտակմանը, տեղ է պահում սիլիցիումի ծավալային ընդարձակման համար և բարելավում է նյութի կայունությունը:

Նանոսիլիցիում, CNT և գրաֆիտ պարունակող խառնուրդը ցողվել է, իսկ ցողումից առաջ և հետո փոշին ուսումնասիրվել է Սկանավորող էլեկտրոնային մանրադիտակի (SEM) միջոցով: Արդյունքները ներկայացված են նկար 2-ում: Ցողումից առաջ ավելացված գրաֆիտի մատրիցը բնորոշ փաթիլային կառուցվածք է՝ 5-ից 20 մկմ չափսերով [Նկար 2(ա)]: Գրաֆիտի մասնիկների չափի բաշխման թեստը ցույց է տալիս, որ D50-ն 15 մկմ է: Ցողումից հետո ստացված փոշին ունի գնդաձև ձևաբանություն [Նկար 2(բ)], և կարելի է տեսնել, որ ցողումից հետո գրաֆիտը ծածկված է ծածկույթի շերտով: Ցողումից հետո փոշու D50-ն 26.2 մկմ է: Երկրորդային մասնիկների ձևաբանական բնութագրերը դիտարկվել են SEM-ի միջոցով՝ ցույց տալով նանոմատերիալների կողմից կուտակված ազատ ծակոտկեն կառուցվածքի բնութագրերը [Նկար 2(գ)]: Ծակոտկեն կառուցվածքը կազմված է սիլիցիումային նանաթերթերից և միմյանց հետ միահյուսված CNT-ներից [Նկար 2(դ)], և փորձարկման տեսակարար մակերեսը (BET) հասնում է մինչև 53.3 մ2/գ: Հետևաբար, ցողելուց հետո սիլիցիումային նանոշերտերը և CNT-ները ինքնահավաքվում են՝ ձևավորելով ծակոտկեն կառուցվածք։

Ծակոտկեն շերտը մշակվել է հեղուկ ածխածնային ծածկույթով, և ածխածնային ծածկույթի նախորդող սկիպտ ավելացնելուց և ածխացումից հետո իրականացվել է ՍԷՄ դիտարկում: Արդյունքները ներկայացված են նկար 3-ում: Ածխածնային նախնական ծածկույթից հետո երկրորդային մասնիկների մակերեսը դառնում է հարթ՝ ակնհայտ ծածկույթային շերտով, և ծածկույթն ամբողջական է, ինչպես ցույց է տրված նկար 3(ա) և (բ)-ում: Ածխացումից հետո մակերեսային ծածկույթային շերտը պահպանում է լավ ծածկույթային վիճակ [Նկար 3(գ)]: Բացի այդ, լայնական կտրվածքի ՍԷՄ պատկերը ցույց է տալիս շերտաձև նանոմասնիկներ [Նկար 3(դ)], որոնք համապատասխանում են նանոթերթերի ձևաբանական բնութագրերին, ինչը հետագայում հաստատում է սիլիցիումային նանոթերթերի ձևավորումը գնդիկավոր մանրացումից հետո: Բացի այդ, նկար 3(դ)-ն ցույց է տալիս, որ որոշ նանոթերթերի միջև կան լցոնիչներ: Սա հիմնականում պայմանավորված է հեղուկ փուլային ծածկույթի մեթոդի կիրառմամբ: Ասֆալտի լուծույթը կներթափանցի նյութի մեջ, այնպես որ ներքին սիլիցիումային նանոթերթերի մակերեսը ստանում է ածխածնային ծածկույթի պաշտպանիչ շերտ: Հետևաբար, հեղուկ փուլի ծածկույթի միջոցով, երկրորդային մասնիկների ծածկույթի էֆեկտ ստանալուց բացի, կարելի է ստանալ նաև առաջնային մասնիկների ծածկույթի կրկնակի ածխածնային ծածկույթի էֆեկտը: Ածխածնացված փոշին փորձարկվել է BET-ի միջոցով, և փորձարկման արդյունքը կազմել է 22.3 մ2/գ:

Ածխածնային փոշին ենթարկվել է լայնական հատույթի էներգետիկ սպեկտրի վերլուծության (EDS), և արդյունքները ներկայացված են նկար 4(a)-ում: Միկրոնի չափի միջուկը C բաղադրիչ է, որը համապատասխանում է գրաֆիտային մատրիցիային, իսկ արտաքին ծածկույթը պարունակում է սիլիցիում և թթվածին: Սիլիցիումի կառուցվածքը ավելի մանրամասն ուսումնասիրելու համար իրականացվել է ռենտգենյան դիֆրակցիայի (XRD) թեստ, և արդյունքները ներկայացված են նկար 4(b)-ում: Նյութը հիմնականում կազմված է գրաֆիտից և միաբյուրեղային սիլիցիումից՝ առանց սիլիցիումի օքսիդի ակնհայտ բնութագրերի, ինչը ցույց է տալիս, որ էներգետիկ սպեկտրի թեստի թթվածնային բաղադրիչը հիմնականում առաջանում է սիլիցիումի մակերեսի բնական օքսիդացումից: Սիլիցիում-ածխածնային կոմպոզիտային նյութը գրանցվում է որպես S1:

Պատրաստված սիլիցիում-ածխածնային S1 նյութը ենթարկվել է կոճակային տիպի կիսաբջիջների արտադրության և լիցք-պարպման փորձարկումների: Առաջին լիցք-պարպման կորը ներկայացված է նկար 5-ում: Վերադարձելի տեսակարար հզորությունը կազմում է 1000.8 մԱժ/գ, իսկ առաջին ցիկլի արդյունավետությունը՝ մինչև 93.9%, ինչը ավելի բարձր է, քան գրականության մեջ նշված սիլիցիումային նյութերի մեծ մասի առաջին արդյունավետությունը՝ առանց նախնական լիթիացման: Բարձր առաջին արդյունավետությունը ցույց է տալիս, որ պատրաստված սիլիցիում-ածխածնային կոմպոզիտային նյութն ունի բարձր կայունություն: Ծակոտկեն կառուցվածքի, հաղորդիչ ցանցի և ածխածնային ծածկույթի ազդեցությունը սիլիցիում-ածխածնային նյութերի կայունության վրա ստուգելու համար պատրաստվել են սիլիցիում-ածխածնային երկու տեսակի նյութեր՝ առանց CNT ավելացնելու և առանց առաջնային ածխածնային ծածկույթի:

Սիլիցիում-ածխածնային կոմպոզիտային նյութի ածխածնային փոշու ձևաբանությունը առանց CNT-ի ավելացման ցույց է տրված նկար 6-ում: Հեղուկ փուլով ծածկույթից և ածխացումից հետո, երկրորդային մասնիկների մակերեսին նկար 6(ա)-ում հստակ երևում է ծածկույթի շերտ: Ածխածնային նյութի լայնական հատույթի SEM-ը ցույց է տրված նկար 6(բ)-ում: Սիլիցիումային նանոշերտերի դարսումը ունի ծակոտկեն բնութագրեր, և BET թեստը կազմում է 16.6 մ2/գ: Այնուամենայնիվ, համեմատած CNT-ի դեպքի հետ [ինչպես ցույց է տրված նկար 3(դ)-ում, դրա ածխածնային փոշու BET թեստը կազմում է 22.3 մ2/գ], ներքին նանոսիլիցիումային դարսման խտությունն ավելի բարձր է, ինչը ցույց է տալիս, որ CNT-ի ավելացումը կարող է նպաստել ծակոտկեն կառուցվածքի ձևավորմանը: Բացի այդ, նյութը չունի CNT-ով կառուցված եռաչափ հաղորդիչ ցանց: Սիլիցիում-ածխածնային կոմպոզիտային նյութը գրանցվում է որպես S2:

Պինդ փուլային ածխածնային ծածկույթով պատրաստված սիլիցիում-ածխածնային կոմպոզիտային նյութի ձևաբանական բնութագրերը ներկայացված են նկար 7-ում: Ածխածնացումից հետո մակերեսին կա ակնհայտ ծածկույթային շերտ, ինչպես ցույց է տրված նկար 7(ա)-ում: Նկար 7(բ)-ն ցույց է տալիս, որ լայնական կտրվածքում կան շերտաձև նանոմասնիկներ, որոնք համապատասխանում են նանոշերտերի ձևաբանական բնութագրերին: Նանոշերտերի կուտակումը ձևավորում է ծակոտկեն կառուցվածք: Ներքին նանոշերտերի մակերեսին ակնհայտ լցոնիչ չկա, ինչը ցույց է տալիս, որ պինդ փուլային ածխածնային ծածկույթը ձևավորում է միայն ծակոտկեն կառուցվածքով ածխածնային ծածկույթ, և սիլիցիումային նանոշերտերի համար ներքին ծածկույթային շերտ չկա: Այս սիլիցիում-ածխածնային կոմպոզիտային նյութը գրանցվում է որպես S3:

S2-ի և S3-ի վրա անցկացվել է կոճակային տիպի կիսաբջիջների լիցքավորման և լիցքաթափման փորձարկում: S2-ի տեսակարար հզորությունը և առաջին արդյունավետությունը համապատասխանաբար կազմել են 1120.2 մԱժ/գ և 84.8%, իսկ S3-ի տեսակարար հզորությունը և առաջին արդյունավետությունը՝ համապատասխանաբար 882.5 մԱժ/գ և 82.9%: Պինդ փուլով պատված S3 նմուշի տեսակարար հզորությունը և առաջին արդյունավետությունը ամենացածրն էին, ինչը ցույց է տալիս, որ ծակոտկեն կառուցվածքի միայն ածխածնային ծածկույթն է իրականացվել, իսկ ներքին սիլիցիումային նանաթերթերի ածխածնային ծածկույթը չի իրականացվել, ինչը չի կարող լիարժեքորեն օգտագործել սիլիցիումային հիմքով նյութի տեսակարար հզորությունը և չի կարող պաշտպանել սիլիցիումային հիմքով նյութի մակերեսը: Առանց CNT-ի S2 նմուշի առաջին արդյունավետությունը նույնպես ցածր էր, քան CNT պարունակող սիլիցիում-ածխածնային կոմպոզիտային նյութի արդյունավետությունը, ինչը ցույց է տալիս, որ լավ ծածկույթի շերտի հիման վրա հաղորդիչ ցանցը և ծակոտկեն կառուցվածքի ավելի բարձր աստիճանը նպաստում են սիլիցիում-ածխածնային նյութի լիցքավորման և լիցքաթափման արդյունավետության բարելավմանը:

S1 սիլիցիում-ածխածնային նյութը օգտագործվել է փոքր, փափուկ փաթեթով լի մարտկոց պատրաստելու համար՝ արագության և ցիկլի կատարողականությունը ուսումնասիրելու համար: Լիցքաթափման արագության կորը ներկայացված է նկար 8(a)-ում: 0.2C, 0.5C, 1C, 2C և 3C լիցքաթափման հզորությունները համապատասխանաբար կազմում են 2.970, 2.999, 2.920, 2.176 և 1.021 Ah: 1C լիցքաթափման արագությունը հասնում է մինչև 98.3%, սակայն 2C լիցքաթափման արագությունը նվազում է մինչև 73.3%, իսկ 3C լիցքաթափման արագությունը՝ մինչև 34.4%: Սիլիցիումային բացասական էլեկտրոդների փոխանակման խմբին միանալու համար, խնդրում ենք ավելացնել WeChat-ը՝ shimobang: Լիցքավորման արագության առումով, 0.2C, 0.5C, 1C, 2C և 3C լիցքավորման հզորությունները համապատասխանաբար կազմում են 3.186, 3.182, 3.081, 2.686 և 2.289 Աժ: 1C լիցքավորման արագությունը կազմում է 96.7%, իսկ 2C լիցքավորման արագությունը դեռևս հասնում է 84.3%-ի: Այնուամենայնիվ, դիտարկելով նկար 8(բ)-ում ներկայացված լիցքավորման կորը, 2C լիցքավորման հարթակը զգալիորեն ավելի մեծ է, քան 1C լիցքավորման հարթակը, և դրա հաստատուն լարման լիցքավորման հզորությունը կազմում է մեծ մասը (55%), ինչը ցույց է տալիս, որ 2C լիցքավորվող մարտկոցի բևեռացումը արդեն շատ մեծ է: Սիլիցիում-ածխածնային նյութը ունի լավ լիցքավորման և լիցքաթափման կատարողականություն 1C-ում, բայց նյութի կառուցվածքային բնութագրերը պետք է ավելի բարելավվեն՝ ավելի բարձր արագության կատարողականության հասնելու համար: Ինչպես ցույց է տրված նկար 9-ում, 450 ցիկլից հետո հզորության պահպանման մակարդակը կազմում է 78%, ինչը ցույց է տալիս լավ ցիկլային կատարողականություն:

Էլեկտրոդի մակերևույթի վիճակը ցիկլից առաջ և հետո ուսումնասիրվել է ՍԷՄ-ի միջոցով, և արդյունքները ներկայացված են նկար 10-ում: Ցիկլից առաջ գրաֆիտի և սիլիցիում-ածխածնային նյութերի մակերեսը թափանցիկ է [Նկար 10(ա)]. ցիկլից հետո մակերեսին ակնհայտորեն առաջանում է ծածկույթի շերտ [Նկար 10(բ)], որը հաստ SEI թաղանթ է: SEI թաղանթի կոպտություն. ակտիվ լիթիումի սպառումը բարձր է, ինչը չի նպաստում ցիկլի աշխատանքին: Հետևաբար, հարթ SEI թաղանթի ձևավորման խթանումը (օրինակ՝ արհեստական ​​SEI թաղանթի կառուցումը, համապատասխան էլեկտրոլիտային հավելումների ավելացումը և այլն) կարող է բարելավել ցիկլի աշխատանքը: Սիլիցիում-ածխածնային մասնիկների լայնական հատույթային ՍԷՄ դիտարկումը ցիկլից հետո [Նկար 10(գ)] ցույց է տալիս, որ սկզբնական շերտաձև սիլիցիումային նանոմասնիկները դարձել են ավելի կոպիտ, և ծակոտկեն կառուցվածքը հիմնականում վերացել է: Սա հիմնականում պայմանավորված է սիլիցիում-ածխածնային նյութի շարունակական ծավալային ընդարձակմամբ և կծկումով ցիկլի ընթացքում: Հետևաբար, ծակոտկեն կառուցվածքը պետք է հետագայում բարելավվի՝ սիլիցիումի վրա հիմնված նյութի ծավալային ընդարձակման համար բավարար բուֆերային տարածք ապահովելու համար:

3 Եզրակացություն

Հիմնվելով սիլիցիումային բացասական էլեկտրոդային նյութերի ծավալային ընդարձակման, վատ հաղորդունակության և վատ միջերեսային կայունության վրա, այս հոդվածը նպատակային բարելավումներ է կատարում՝ սկսած սիլիցիումային նանոշերտերի ձևաբանական ձևավորումից, ծակոտկեն կառուցվածքի կառուցումից, հաղորդիչ ցանցի կառուցումից և ամբողջ երկրորդային մասնիկների ամբողջական ածխածնային ծածկույթից, որպեսզի բարելավվի սիլիցիումային բացասական էլեկտրոդային նյութերի կայունությունը որպես ամբողջություն: Սիլիցիումային նանոշերտերի կուտակումը կարող է ձևավորել ծակոտկեն կառուցվածք: CNT-ի ներդրումը կնպաստի ծակոտկեն կառուցվածքի ձևավորմանը: Հեղուկ փուլային ծածկույթով պատրաստված սիլիցիում-ածխածնային կոմպոզիտային նյութը ունի կրկնակի ածխածնային ծածկույթի ազդեցություն, քան պինդ փուլային ծածկույթով պատրաստվածը, և ցուցաբերում է ավելի բարձր տեսակարար հզորություն և առաջին արդյունավետություն: Բացի այդ, CNT պարունակող սիլիցիում-ածխածնային կոմպոզիտային նյութի առաջին արդյունավետությունն ավելի բարձր է, քան առանց CNT-ի, ինչը հիմնականում պայմանավորված է սիլիցիումային նյութերի ծավալային ընդարձակումը մեղմելու ծակոտկեն կառուցվածքի ավելի բարձր աստիճանի ունակությամբ: CNT-ի ներդրումը կկառուցի եռաչափ հաղորդիչ ցանց, կբարելավի սիլիցիումային նյութերի հաղորդունակությունը և կցուցաբերի լավ արագության կատարողականություն 1°C-ում, և նյութը ցուցաբերում է լավ ցիկլային կատարողականություն: Այնուամենայնիվ, նյութի ծակոտկեն կառուցվածքը պետք է ավելի ամրապնդվի՝ սիլիցիումի ծավալային ընդարձակման համար բավարար բուֆերային տարածք ապահովելու և հարթ մակերեսի ձևավորումը խթանելու համար։և խիտ SEI թաղանթ՝ սիլիցիում-ածխածնային կոմպոզիտային նյութի ցիկլային կատարողականը հետագայում բարելավելու համար։

Մենք նաև մատակարարում ենք բարձր մաքրության գրաֆիտ և սիլիցիումի կարբիդային արտադրանք, որոնք լայնորեն կիրառվում են վաֆլիների մշակման մեջ, ինչպիսիք են օքսիդացումը, դիֆուզիան և թրծումը։

Բարի գալուստ աշխարհի տարբեր ծայրերից ցանկացած հաճախորդի՝ մեզ մոտ հետագա քննարկման համար։

https://www.vet-china.com/